Potas

Przeróbka kopalin potasu
Potas (łac. kalium – K) – pierwiastek reprezentatywny należący do głównej rodziny 1b (litowce Li, Na,
K, Rb, Cs, Fr). Ma 2 izotopy trwałe 39K i 41K. Rozpowszechnienie w skorupie ziemskiej wynosi 2,5% wag.
Minerały użyteczne K zestawiono w tab. 1. Znajduje się również w wodach morskich a także wchodzi w skład
krzemianów i glinokrzemianów.
Tabela 1. Potas – Kopaliny
Nazwa
Ałun potasowy
Glazeryt
Kainit
Karnalit
Langbeinit
Pikromeryt
Polihalit
Sengenit
Sylwin
Schoenit
Wzór chemiczny
KAl (SO4)2 · 12H2O
K3Na(SO4)2
KCl · MgSO4 · 3H2O
KCl · MgCl2 · 6H2O
K2SO4 · 2MgSO4
K2SO4 · MgSO4
K2MgCa2(SO4)4 · 2H2O
K2Ca(SO4)2 · H2O
KCl
K2Mg [SO4]2 · 6H2O (23,4 K2O)
Przeróbka mechaniczna
Przy wzbogacaniu surowych soli potasowych zakłada się podstawowy proces technologiczny mający
na celu oddzielenie ziaren zawierających minerały
potasu od innych (halit, anhydryt, itp., a także minerały ilaste, kwarc, itp.). Powinien również nastąpić
rozdział na sole potasu siarczanowe i chlorowe.
Minerały potasu oraz znaczna liczba innych minerałów solnych jest łatwo rozpuszczalna w wodzie.
Stąd też stosowane procesy przeróbcze powinny
odbywać się bez udziału wody (procesy suche), jeżeli
zachodzi konieczność zastosowania metod mokrych
wzbogacanie prowadzone być musi w nasyconym
roztworze tych soli.
Stosowane są następujące technologie przeróbki
mechanicznej soli potasowych:
– wzbogacanie elektrostatyczne,
– wzbogacanie w cieczach ciężkich,
– wzbogacanie flotacyjne,
– wzbogacanie flotograwitacyjne.
Wzbogacanie elektrostatyczne praktycznie suchych soli potasowych możliwe jest dzięki selektywnemu rozłożeniu ładunków elektrycznych na
powierzchni ziaren sylwinu i halitu w czasie ich
wstępnego przygotowania. Przygotowanie to polega
na podgrzewaniu surowego materiału, a następnie
poddaniu go elektryzacji lub też na poddaniu materiału obróbce chemicznej w celu zmiany ich przewodności powierzchniowej. Wzbogacanie prowadzi
się w wąskich klasach ziarnowych. Termiczne przy-
Teor. zaw. Pb [%]
9,93
41,52
15,70
16,99
23,39
15,62
28,68
63,17
Twardość
2–2,5
3
3
1–2
3,5–4
2,5
3–3,5
2,5
4
Gęstość
1,76
2,66
2,1
1,60
2,03
2,77
1,58–1,60
1,98
gotowanie nadawy polega na jej podgrzaniu do
temperatury 400–500°C, a następnie ochłodzeniu do
50–120°C i wzbogacaniu w separatorze elektrostatycznym. Z produktu surowego o ziarnistości 0–1,4
mm zawierającego 20–30% KCl poddanego termicznej obróbce, a następnie dwukrotnie wzbogacanego
w separatorze elektrostatycznym uzyskuje się w warunkach przemysłowych koncentrat o zawartości 95%
KC1 i odpady o zawartości <5% KC1. Część odpadów zawierającą 99% NaCl traktuje się jako sól
przemysłową. Wzbogacanie można prowadzić również w separatorach tryboelektrycznych. W tym przypadku skałę po ogrzaniu ochładza się na aluminiowej
wstrząsanej płycie do 110–130°C. Sylwin i halit
ładują się różnoimiennie i dobrze rozdzielają się
w separatorze tryboelektrycznym.
Chemiczne przygotowanie polega na poddawaniu
nadawy, podgrzanej do 50–70°C przez okres 1–4 minut w warunkach sfluidyzowanych, działaniu kwasu
benzenosulfonowego (50–70 g/tonę) lub kwasu
salicylowego (120–150 g/tonę). Po czym poddaje się
ją elektryzacji. Sylwin i halit otrzymują różne co do
wielkości ładunki dzięki czemu rozdzielają się z dużą
efektywnością. Przy trójstopniowym wzbogacaniu
klas ziarnowych 2–0,5 mm i 0,5–0,7 mm (natężenie
pola odpowiednio 5 i 2–3 kV/cm) otrzymuje się koncentraty o zawartości do 95% KC1 i uzysku >90%
oraz odpady zawierające 2–5% KC1.
Wzbogacaniu w cieczach ciężkich poddaje się
grubo uziarnione sole potasowe. Zastosowanie tej metody do wzbogacania ziaren o wymiarze 30–50 mm
Inżynieria Mineralna — LIPIEC – GRUDZIEŃ < 2007 > JULY – DECEMBER— Journal of the Polish Mineral Engineering Society
Inżynieria Mineralna — STYCZEŃ – GRUDZIEŃ < 2008 > JANUARY – DECEMBER— Journal of the Polish Mineral Engineering Society
103
pozwala na wydzielenie nawet do 40% zanieczyszczeń. Wzbogacanie to stosuje się w połączeniu
z innymi metodami przeróbki soli potasowych.
Wzbogacanie prowadzone jest w ośrodku roztworu
wodnego nasyconego wzbogacaną solą potasową.
Jako obciążnik stosuje się magnetyt, który jest najkorzystniejszy ze względu na regenerację cieczy
ciężkiej. Sole potasowe o uziarnieniu 1–5 mm można
również wzbogacać w cyklonach z cieczą ciężką.
Proces prowadzi się również w ośrodku nasyconego
roztworu soli przy zastosowaniu obciążnika magnetytowego. Wzbogacanie soli potasowych w cieczach
ciężkich umożliwia nam rozdzielenie sylwinitu (gęstość – 1,98 g/cm3), langbeinitu i polihalitu (gęstość –
2,8 g/cm3) od halitu (gęstość – 2,17 g/cm3).
Zastosowanie wzbogacania w cieczach ciężkich
(w zakresie ziaren średnich i drobnych) wymaga
badań określających skład materiału surowego oraz
stopień czystości koncentratu i odpadów, które ustalą
czy proces wzbogacania będzie procesem głównym,
dającym ostateczny koncentrat, czy też będzie to
proces przygotowawczy, mający na celu oddzielenie
znacznej części odpadów i przygotowujący materiał
do innych procesów wzbogacania.
Flotacyjne wzbogacanie soli potasowych jest
obecnie najbardziej rozpowszechnioną metodą przeróbki soli potasowych. Proces odbywa się w nasyconym roztworze wzbogacanej soli. Jako odczynniki
flotacyjne stosuje się najczęściej kwas karboksylowy
(C7 – C18), zbieracze kationowe (aminy alifatyczne
o długim łańcuchu), siarczan alkilu. Nie używa się
odczynników pianotwórczych, gdyż i bez ich udziału
w czasie mieszania nasyconego roztworu soli w maszynach flotacyjnych powstaje piana. Zbieracze, które tworzą w pulpie trudno rozpuszczalne związki, są
mało przydatne przy flotacji soli. W związku z tym
z kwasów tłuszczowych dobrymi zbieraczami są kwasy o łańcuchach krótkich C7–C9. W warunkach laboratoryjnych dobrymi zbieraczami są odczynniki
typu siarczanu alkilu. W warunkach przemysłowych
najkorzystniejsze są aminy. Dobór odczynników dla
różnych mieszanin przedstawiono w tabeli 2.
Podczas flotacji duże znaczenie ma pH roztworu.
Flotacja soli kwasami tłuszczowymi powinna odbywać się przy pH > 6, aminami przy pH = 2–8.
Flotacja przy pomocy siarczanu alkilu nie zależy od
pH roztworu. Flotowalność poszczególnych minerałów solnych zależna jest od ich rozpuszczalności
w ośrodku wzbogacania. Gdy zbieracze nie tworzą
trudno rozpuszczalnych związków z kationami flotującego minerału, flotacja zachodzi łatwiej w ośrodkach zwiększających rozpuszczalność minerałów.
Przeciwnie, gdy zbieracze mogą tworzyć z kationami
minerału trudno rozpuszczalne związki, flotację należy przeprowadzać w ośrodkach zmniejszających
rozpuszczalność minerału.
Do rozdziału flotacyjnego sylwinu i halitu opracowane są dwie metody: flotacja halitu i flotacja
sylwinu.
Flotacja halitu z sylwinitu odbywa się przy po-
Tabela 2. Dobór odczynników dla flotacyjnego rozdziału soli potasowych
Główne składniki kopaliny
Sylwin + halit
Sylwin + halit
Sylwin + halit
Sylwin + halit
Odczynniki
C7 ⎫
⎬ , pH = 6
C9 ⎭
Halit
C7 ⎫
⎬ + Pb(NO 3 )2
C9 ⎭
Halit
RCOOH
RCOOH
RSO3 | C18 |
Odczynniki kationowe (C6 – C12)
RCOOH
Sylwin
Minerał flotujący
C7 ⎫
⎬ , pH > 7
C9 ⎭
Sylwin
Sylwin
Sylwin
K2SO4 + NaCl
RCOOH, pH > 6,5
K2SO4
K2SO4 + NaCl
RCOOH, pH > 6,0
K2SO4
Glaseryt + halit
ROSO3Na
NaK3(SO4)2
Halit
Glaseryt + sylwin
Langbeinit
Schönit
Polihalit
Kainit + langbeinit + polihalit
Glaseryt + halit
Glaseryt + sylwin + halit
Langbeinit + halit
Schoenit + sylwin + halit
Polihalit + halit
Sylwin + kainit + langbeinit + polihalit + halit
104
RCOOH + Pb(NO3)2
ROSO3Na
ROSO3Na | C18 |
RCOOH · ROSO3Na (C4 – C11)
RCOOH, ROSO3Na
RSO3Na
Inżynieria Mineralna — LIPIEC – GRUDZIEŃ < 2007 > JULY – DECEMBER— Journal of the Polish Mineral Engineering Society
Inżynieria Mineralna — STYCZEŃ – GRUDZIEŃ < 2008 > JANUARY – DECEMBER— Journal of the Polish Mineral Engineering Society
mocy kwasów karboksylowych lub ich alkalicznych
soli w ośrodku regulowanym solami Pb lub Bi. Wraz
z halitem flotują minerały ilaste, gips, anhydryt i minerały zawierające żelazo. W ten sposób w jednej
operacji usuwa się flotacyjnie większą część nadawy, sylwinity bowiem zawierają więcej halitu niż
sylwinu.
Flotacja sylwinu z sylwinitu odbywa się przy pomocy zbieraczy anionowych (alkaliczne sole kwasów
alkilosiarkowych, np. dodecylosiarczan sodowy) i kationowych (sole alkiloamin o długich łańcuchach).
Obie grupy zbieraczy mają tę wadę, że są adsorbowane na iłach i szlamach minerałów nierozpuszczalnych, powodując ich flotację. Iły i szlamy zanieczyszczają koncentrat i znacznie utrudniają jego
filtrację. Z tego też powodu przed flotacją sylwinu
stosuje się odszlamowywanie nadawy, usuwające
ziarna <0,074 mm. Stosuje się także odczynniki
powodujące hydrofilizację skały płonnej, przez co
obniża się adsorpcję amin. Z ważniejszych odczynników stosuje się krochmal, dekstryny, pochodne
ligniny, celulozę, surowce białkowe. Niektóre z nich
Rys. 1. Schemat technologiczny wzbogacania sylwinitu
(modyfikowane skrobie i żywice mannogalaktenowe)
powodują selektywną flokulację ułatwiając usunięcie
iłów z solanki.
Końcowymi produktami flotacji halitu lub sylwinu są koncentraty i odpady zwilżone solanką zawierającą KC1 i NaCl. NaCl zawarty w koncentracie
sylwinu obniża jego jakość. Z tego powodu, a także
w celu uniknięcia strat solanki, produkty końcowe
przemywa się wodą lub nienasyconym roztworem
NaCl, który następnie włącza się do procesu flotacji.
Końcowe produkty poddaje się suszeniu. Koncentraty
zawierają około 95% KC1 przy uzysku 85–90%.
Ziarnistość koncentratu <0,75 mm.
Przy wzbogacaniu soli kainitowo-langbeinitowych dla wyflotowania siarczanów potasu i magnezu
(langbeinit, polihalit) stosuje się kwas karboksylowy
z łańcuchem C7 – C9 w ilości około 0,3–0,6 kg/t,
natomiast dla flotacji chlorków (sylwin, kainit) stosuje się odczynniki kationowe w ilości 20–40 g/t.
Rys. 2. Schemat technologiczny wzbogacania soli
kainitowo-langbeinitowej
Inżynieria Mineralna — LIPIEC – GRUDZIEŃ < 2007 > JULY – DECEMBER— Journal of the Polish Mineral Engineering Society
Inżynieria Mineralna — STYCZEŃ – GRUDZIEŃ < 2008 > JANUARY – DECEMBER— Journal of the Polish Mineral Engineering Society
105
Gdy w surowym materiale jest niewiele chlorków,
zaleca się prowadzenie flotacji kolektywnej wszystkich minerałów potasowych stosując równocześnie
kwasy karboksylowe i aminy. Minerały skały płonnej
depresuje się poliakryloamidem i kwasem krzemowym (1500 g/t). Koncentraty zawierają 17–19% K2O
przy uzysku 75–80%. Ponieważ dochodzą straty
roztworu odchodzącego ze szlamami, a także straty
w procesie suszenia, uzysk w stosunku do nadawy
wynosi 55–60%. Ziarnistość koncentratu po osuszeniu w warunkach sfluidyzowanych dochodzi na
skutek zbrylenia ziaren do 3 m. Przykładowe schematy technologiczne flotacyjnego wzbogacania sylwinitu oraz soli kainitowo-langbeinitowej przedstawiono na rys. 1 i 2.
W porównaniu z przeróbką chemiczną wzbogacanie flotacyjne przynosi następujące korzyści:
zmniejsza się korozja urządzeń, mniejsze jest zużycie
ciepła, uproszczenie schematu technologicznego,
zmniejszenie zbrylenia koncentratów w czasie składowania, poprawa warunków pracy.
106
Wzbogacanie flotograwitacyjne może być zastosowane wówczas, gdy uwolnienie ziaren minerałów
użytecznych osiąga się przy stosunkowo niewielkim
stopniu rozdrobnienia. W takich przypadkach sama
flotacja może być niekorzystna ze względu na trudność flotowania ziaren grubych. Dla niektórych typów
skał solnych uwolnienie następuje przy rozdrobnieniu
<2, czasem 3 mm. W tych przypadkach korzystne jest
stosowanie maszyn flotograwitacyjnych.
W procesach przeróbki mechanicznej soli potasowych należy z urobku uzyskać następujące koncentraty (w % K2O):
– 57–62 – techniczne koncentraty chlorowo-potasowe,
– 15–40 – koncentraty chlorowo-potasowe przeznaczone do produkcji nawozów,
– 16–32 – koncentraty siarczanowo-potasowe
przeznaczone do produkcji nawozów,
– oraz >88% K2SO4 – techniczne koncentraty siarczanowo-potasowe.
Inżynieria Mineralna — LIPIEC – GRUDZIEŃ < 2007 > JULY – DECEMBER— Journal of the Polish Mineral Engineering Society
Inżynieria Mineralna — STYCZEŃ – GRUDZIEŃ < 2008 > JANUARY – DECEMBER— Journal of the Polish Mineral Engineering Society